HANDOUT klik di sini LARUTAN PENYANGGA (BUFFER) Disusun Oleh: Diah Tria Agustina
(4301414032)
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2016 PENGERTIAN LARUTAN PENYANGGA Larutan penyangga merupakan larutan yang dapat mempertahankan nilai pH apabila ditambah sedikit asam, basa atau pengenceran. Dalam larutan buffer terdapat dua reaksi, yaitu reaksi pengionan sempurna garam dan reaksi kesetimbangan asam lemah atau basa lemah. Larutan Penyangga ada 2 macam 1. Larutan Penyangga Asam ( HA dan A– ) Larutan Penyangga Asam merupakan campuran larutan asam lemah –
(HA) dan basa konjugasinya ( A ). Larutan ini mempertahankan pH pada daerah asam (pH < 7). Untuk mendapatkan larutan ini dapat dibuat dari asam lemah dan garamnya yang merupakan basa konjugasi dari asamnya. Adapun cara lainnya yaitu mencampurkan suatu asam lemah dengan suatu basa kuat dimana asam lemahnya dicampurkan dalam jumlah berlebih. Campuran akan menghasilkan
garam yang mengandung basa konjugasi dari asam lemah yang bersangkutan. Pada umumnya basa kuat yang digunakan seperti natrium (Na), kalium, barium, kalsium, dan lain-lain. Contoh yang biasa merupakan campuran asam etanoat dan natrium etanoat dalam larutan. Pada kasus ini, jika larutan mengandung konsentrasi molar yang sebanding antara asam dan garam, maka campuran tersebut akan memiliki pH 4.76. Ini bukan suatu masalah dalam hal konsentrasinya, sepanjang keduanya memiliki konsentrasi yang sama. Contoh : CH3COOH dan NaCH3COO H2CO3 dan KHCO3 NaH2PO4 dan Na2HPO4 +
2. Larutan Penyangga Basa ( B dan BH ) Larutan Penyangga Basa merupakan campuran larutan basa lemah (B) dan asam konjugasinya ( BH+). Larutan ini mempertahankan pH pada daerah basa (pH > 7). Untuk mendapatkan larutan ini dapat dibuat dari basa lemah dan garam, yang garamnya berasal dari asam kuat. Adapun cara lainnya yaitu dengan mencampurkan suatu basa lemah dengan suatu asam kuat dimana basa lemahnya dicampurkan berlebih. Seringkali yang digunakan sebagai contoh adalah campuran larutan amonia dan larutan amonium klorida. Jika keduanya dalam keadaan perbandingan molar yang sebanding, larutan akan memiliki pH 9.25. Sekali lagi, hal itu bukanlah suatu masalah selama konsentrasi yang anda pilih keduanya sama. Contoh : NH3 dan NH4Cl N2H4 dan N2H5NO3 Contoh Soal :
Tentukan mana yang termasuk larutan penyangga ! 1. 100 mL larutan CH3COOH 0,1 M + 100 mL larutan NaCH3COO 0,1 M 2. 100 mL larutan H2CO3
0,1 M + 100 mL larutan KOH 0,1 M
3. 100 mL larutan NH4Cl
0,2 M + 50 mL larutan Ca(OH)2 0,1
M Jawab : 1. n CH 3 COOH = 10 mmol dan n CH 3 COO
–
=
10 mmol. Jadi
termasuk larutan penyangga 2.
H2CO3 KHCO3
+
+
H2O
Mula-mula –
:
10 –
Bereaksi 10 10
10
: 10 10
Akhir –
:
–
10
n H2CO3
=
KOH
10
–
–
n HCO3 = 10 mmol, Jadi bukan larutan penyangga
1.
2 NH 4 Cl à
2NH3
Mula-mula 5 –
+
H2O
+ CaCl2 :
20 –
–
+
Ca(OH) 2
à
Bereaksi 10
: 5 10
5
5
Akhir –
:
10 5
10
n NH4+
=
n NH3
=
5
10 mmol 10 mmol,
Jadi larutan penyangga
MEKANISME KERJA LARUTAN PENYANGGA Larutan penyangga merupakan larutan yang dapat mempertahankan pH jika ditambah sedikit asam, basa atau pengenceran. Larutan penyangga mengandung komponen asam dan basa dengan asam dan basa konjugasinya, sehingga dapat mengikatbaik ion H+ maupun ion OH–. Sehingga penambahan sedikit asam kuat atau basa kuat tidak mengubah pH-nya secara signifikan. Berikut ini cara kerja larutan penyangga: 1. Larutan Penyangga Asam ( HA dan A– ) HA (aq)
+
H2O (l)
+
H (aq)
+
–
A (aq)
Diencerkan ( ditambah air ) Penambahan air tidak menambah H+ atau OH– sebab pada air [H+] = [OH–] = 10-7 M Ditambah sedikit Asam ( H+ ) Penambahan asam (H + ) akan menggeser kesetimbangan ke kiri. Dimana ion H + yang ditambahkan akan bereaksi dengan ion A –
membentuk molekul HA. H+(aq)
A– (aq)
+
HA(aq)
Ditambah sedikit Basa ( OH– ) –
Jika yang ditambahkan adalah suatu basa, maka ion OH dari basa +
itu akan bereaksi dengan ion H membentuk air. Hal ini akan menyebabkan kesetimbangan bergeser ke kanan sehingga konsentrasi ion H+ dapat dipertahankan. Jadi, penambahan basa +
menyebabkan berkurangnya komponen asam (HA), bukan ion H . Basa yang ditambahkan tersebut bereaksi dengan asam HA membentuk ion A– dan air. OH– (aq)
+
HA (aq)
H2O(aq)
+
A– (aq)
2. Larutan Penyangga Basa ( B dan BH+ ) B (aq)
+
H2O (l)
BH+ (aq)
+
OH– (aq)
Diencerkan ( ditambah air ) Penambahan air tidak menambah H+ atau OH– sebab pada air [H+] = [OH–] = 10-7 M Ditambah sedikit Asam ( H+ ) Jika ditambahkan suatu asam, maka ion H + dari asam akan mengikat ion OH – . Hal tersebut menyebabkan kesetimbangan bergeser ke kanan, sehingga konsentrasi ion OH – dapat dipertahankan. Disamping itu penambahan ini menyebabkan berkurangnya komponen basa (B), bukannya ion OH – . Asam yang ditambahkan bereaksi dengan basa B membentuk ion BH+.
H+(aq)
+
B (aq)
BH+(aq)
Ditambah sedikit Basa ( OH– ) Jika yang ditambahkan adalah suatu basa, maka kesetimbangan –
bergeser ke kiri, sehingga konsentrasi ion OH dapat dipertahankan. Basa yang ditambahkan itu bereaksi dengan komponen asam (BH+), membentuk komponen basa (B) dan air. OH– (aq)
+
BH+ (aq)
H2O(aq)
+
B (aq)
Dari contoh di atas bahwa penambahan sedikit asam, basa atau +
–
pengenceran tidak merubah [H ] ataupun [OH ] sehingga pH relatif tidak berubah. pH LARUTAN PENYANGGA 1. Larutan Penyangga Asam ( HA dan A– ) Dapat digunakan tetapan ionisasi dalam menentukan konsentrasi ion H+ dalam suatu larutan dengan rumus berikut: HA (aq) ,
+
H2O (l) maka
H+ (aq)
+
A– (aq)
,
Jadi dengan, Ka = tetapan ionisasi asam lemah a
= jumlah mol asam lemah
g
= jumlah mol basa konjugasi
2. Larutan Penyangga Basa ( B dan BH+ ) Dapat digunakan tetapan ionisasi dalam menentukan konsentrasi
ion H+ dalam suatu larutan dengan rumus berikut: B (aq)
+
BH+ (aq)
,
H2O (l) maka
+
OH– (aq)
,
Jadi dengan, Kb = tetapan ionisasi basa lemah b
= jumlah mol basa lemah
g
= jumlah mol asam konjugasi
Contoh Soal : 1. Hitunglah pH dari 100 mL larutan CH3COOH 0,1 M + 100 mL CH3COONa 0,1 M ( Ka = 10
-5
)
2. Hitunglah pH dari 100 mL larutan NH3 0,2 M + 50 mL H2SO4 ( Kb = 10-5 )
0,1 M Jawab :
1. a = n CH3COOH = 0,1 mmol dan g = n CH3COONa = 10 mmol +
[H ] = 10
-5
2. 2NH3 Mula 2 NH3
+
H2SO4
à
: 20 = 10 mmol
Bereaksi: NH4+
-5
. 10/10 = 10
=
10
2 . 5 = 10 mmol
sehingga pH = 5 (NH4)2SO4 5
–
5
b = n
5
g = n
Akhir :
10
[OH–] = 10-5 . 10/10
– = 10-5
5 sehingga pOH =
5
dan pH =
9
LARUTAN PENYANGGA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI Larutan buffer atau larutan penyangga berperan besar dalam mengendalikan kelarutan ion-ion serta mempertahankan pH. Banyak proses kehidupan yang berkaitan dengan pH sehingga organisme mempunyai system larutan penyangga tersendiri untuk mengendalikan pH. 1. Larutan Penyangga dalam Darah Larutan buffer dalam darah adalah zat yang dapat mempertahankan pH ketika ditambahkan sedikit asam/basa atau ketika di encerkan. Larutan peyangga dalam darah terdiri dari 3 macam, yaitu larutan penyangga karbonat, larutan peyangga hemoglobin dan larutan peyangga fosfat. Larutan peyangga karbonat dan Larutan peyangga fosfat berfungsi untuk mengontrol dan mengatur pH darah agar tetap stabil. Larutan peyangga hemoglobin berperan dalam proses mengikatan oksigen oleh darah. Buffer dalam darah termasuk tidak memiliki buffer, maka tubuh kita dapat mengalami plasma darah berada pada pH HCO 3 – dengan ion Na + .
buffer asam. Buktinya, jika darah ketika minum jus jeruk yang kecut, asidosis (pH darah asam). pH pada berkisar 7,3 – 7,4, yaitu dari ion
Apabila pH darah lebih dari 7,4 akan
mengalami alkalosis, akibatnya terjdi hiperventilasi/ bernapas berlebihan. Apabila pH darah kurang dari 7,3 akan mengalami acidosis akibatnya jantung, ginjal, hati dan pencernaan akan terganggu. Kesetimbangan asam basa darah dikendalikan secara seksama, karena perubahan pH yang sangat kecilpun dapat memberikan efek yang serius terhadap beberapa organ. Kondisi darah ber-pH asam menunjukkan gejala-gejala berikut: 1. Kulit tidak bersinar.
2. Penyakit kaki karena kutu air. 3. Cepat merasa lelah setelah olahraga ringan dan mengantuk setelah naik bis. 4. Setelah naik turun tangga terengah-engah. 5. Gemuk dengan perut buncit. 6. Lamban bergerak dan lesu. Tubuh menggunakan 3 mekanisme kesetimbangan asam basa darah:
untuk
mengendalikan
1. Kelebihan asam akan dibuang oleh ginjal, sebagian besar dalam bentuk ammonia. Ginjal memiliki kemampuan untuk merubah jumlah asam atau basa yang dibuang. Yang biasanya berlangsung beberapa hari. 2. Tubuh menggunakan penyangga pH (buffer) dalam darah manusia sebagai pelindung terhadap perubahan yang terjadi secara tiba-tiba dalam pH darah. Suatu penyangga pH bekerja secara kimiawi untuk meminimalkan perubahan pH suatu larutan penyangga, pH yang paling penting dalam darah menggunakan bikarbonat. Bikarbonat suatu komponen basa berada dalam kesetimbangan dengan karbondioksida suatu komponen asam. Jika lebih banyak asam yang masuk kedalam aliran darah maka akan dihasilkan lebih banyak bikarbonat dan lebih sedikit karbondioksida. Jika lebih banyak basa yang masuk kedalam aliran darah, maka akan dihasilkan lebih banyak karbondioksida dan lebih sedikir bikarbonat. 3. Pembuangan karbondioksida, karbondioksida adalah hasil tambahan penting dari metabolisme oksigen dan terus menerus yang dihasilkan oleh sel. Darah membawa karbondioksida keparu-paru dan diparu-paru karbondioksida tersebut dikeluarkan. Pusat pernapasan di otak mengatur jumlah karbondioksida yang dihembuskan dengan mengendalikan kecepatan dan kedalaman pernapasan. Jika pernapasan meningkat, kadar karbondioksida darah meningkat dan darah menjadi lebih asam. Dengan mengatur kecepatan dan kedalaman pernapasan, maka pusat
pernapasan dan paru-paru mampu mengatur pH darah menit demi menit. Adanya kelainan pada satu atau lebih mekanisme pengendalian pH tersebut, bisa menyebabkan salah satu dari 2 kelainan utama dalam keseimbangan asam basa, yaitu asidosis/alkalosis. Asidosis adalah suatu keadaan dimana darah terlalu banyak mengandung asam (terlalu sedikit mengandung basa) dan sering menyebabkan turunnya pH darah. Alkalosis adalah suatu keadaan dimana darah terlalu banyak mengandung basa (sedikit mengandung asam) dan kadang menyebabkan meningkatnya pH darah. 4. Larutan Penyangga dalam Air Ludah Air ludah selain berfungsi untuk menjaga kelembaban mulut ternyata berperan sebagai larutan peyangga. Email gigi yang rusak dapat menyebabkan kuman masuk ke dalam gigi. Air ludah dapat mempertahankan pH dalam mulut tetap berada pada kisaran 6,8. Air ludah mengandung larutan penyangga fosfat yang dapat menjaga kerusakan gigi dari kikisan asam-asam yang terbentuk dari sisa-sisa makanan disela-sela gigi yang membusuk. 5. Larutan Penyangga dalam Bidang Industri Farmasi Dalam bidang farmasi (obat-obatan) banyak zat aktif yang harus berada dalam keadaan pH stabil. Perubahan pH akan menyebabkan khasiat zat aktif tersebut berkurang atau hilang sama sekali. Untuk obat suntik atau obat tetes mata, pH obat-obatan tersebut harus disesuaikan dengan pH cairan tubuh. pH untuk obat tetes mata harus disesuaikan dengan pH air mata agar tidak menimbulkan iritasi yang mengakibatkan rasa perih pada mata. Suasana pH pada obat tetes mata tersebut disesuaikan dengan kondisi pH manusia agar tidak menimbulkan bahaya. Begitu juga obat suntik, harus disesuaikan dengan pH darah agar tidak menimbulkan alkalosis atau asidosis pada darah. 6. Larutan Penyangga pada Industri Pembuatan Shampo Bayi Rambut tersusun dari protein keratin. Ikatan kimia pada
protein rambut, antara lain ikatan hidrogen dan ikatan disulfida. Ikatan tersebut stabil pada pH 4,6 – 6,0. pH shampo yang terlalu tinggi atau rendah akan memutuskan ikatan pada protein rambut. Akibatnya, rambut dapat rusak. Shampo dengan pH seimbang mengandung larutan penyangga supaya pH shampo sama dengan pH rambut. Bayi memiliki rambut yang lebih halus, daripada rambut orang dewasa. Selain itu, kelenjar minyak dan keringat pada kulit kepala bayi belum berfungsi sempurna. Oleh karena itu, shampo bayi harus mengandung sedikit bahan aktif dan memiliki pH seimbang. Alasan lain untuk memilih shampo bayi dengan pH seimbang ialah shampo tidak pedih jika terkena mata karena menggunakan larutan penyangga. Larutan penyangga dapat berperan : 1. Pada industri kimia seperti industri farmasi, larutan penyangga berperan dalam pembuatan obat-obatan. Penambahan larutan penyangga, bertujuan mempertahankan pH zat aktif obat terhadap pengaruh zat lain yang bersifat asam atau basa atau pengaruh pengenceran. Dengan kata lain, zat aktif obat tersebut harus berada pada pH tertentu. Biasanya dalam industri obat-obatan larutan penyangga dibuat dari asam fosfat dan natrium fosfat. 2. Pada tubuh makhluk hidup Sebagian besar enzim sebagai biokatalisator bekerja secara optimal pada pH 7,4. Contohnya, di dalam cairan sel terdapat larutan penyangga yang terdiri atas asam lemah H2PO4– dan basa konyugasi HPO42- (Ka = 4 x 10-8). Sedangkan di dalam plasma darah terdapat larutan penyangga yang merupakan campuran H2CO3 dengan HCO3– (Ka = 4 x 10-7) 3. Dalam mengatasi masalah lingkungan
Sebagai contoh, pH air dalam tambak udang harus disesuaikan dengan kehidupan habitat udang. Udang dapat hidup dalam lingkungan air dengan pH tertentu. Untuk mempertahankan pH tertentu maka digunakan larutan penyangga. Demikian juga halnya dalam pertanian, tanah yang digunakan untuk pertanian tidak boleh terlalu asam. Untuk mempertahankan keasaman tanah pada pH tertentu digunakan konsep larutan penyangga. 4. Dalam mikrobiologi industri, larutan penyangga digunakan sebagai pengatur pH medium pertumbuhan mikroorganisme 5. Dalam bidang biologi, larutan penyangga digunakan untuk mengoptimalkan kerja enzim
